Resultados de simulacion río nepeña

INFORME TECNICO

Guía Metodológica para Proyectos de Protección y/o Control de Inundacionesen Áreas Agrícolas o Urbanas.

DELIMITACIÓN DE ZONAS DE INUNDACIÓN

Río NepeñaSector Cerro Blanco - Nepeña

JUNIO 2015

Río Nepeña

Cerro

DELIMITACION DE LAS ZONAS INUNDABLES PARA EL PROYECTO “MEJORAMIENTO DE DEFENSA RIBEREÑA CONENROCADA EN EL RIO NEPEÑA, SECTOR CERRO BLANCO, DISTRITO DE NEPEÑA, SANTA, ANCASH”

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INDICE

I. RIESGO DE INUNDACIÓN...........................................................................................................3

1.1.- REGIMEN HIDRAULICO.........................................................................................................3

1.1.1.- RÉGIMEN PERMANENTE UNIDIMENSIONAL.............................................................3

2.0 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIÒN ...........................................................5

2.1. MODELO MATEMATICO DE SIMULACIÓN EMPLEADO .................................................5

2.2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD............................................................................................5

2.3. CONDICIONES DE BORDE .....................................................................................................5

2.4. CAUDALES .................................................................................................................................5

3. RESULTADOS.................................................................................................................................6

3.1. SIMULACIÓN UNIDIMENSIONAL ...............................................................................................6

3.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIÓN..................................................................7

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..............................................................................7

4.1. CONCLUSIONES. ......................................................................................................................7

4.2. RECOMENDACIONES ..............................................................................................................9

5. ANEXOS............................................................................................................................................9


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I. RIESGO DE INUNDACIÓN

La inundación es uno de los desastres más grandes de mayor impacto económico

y humano. El riesgo de inundación, se puede interpretar como el producto de la

amenaza por la vulnerabilidad. La amenaza está relacionada a la solicitación

hidráulica, es decir está determinada por la escala del diseño hidrológico de las

estructuras para el control de agua. De este modo la probabilidad que un evento

ocurra al menos una vez en “n” años sucesivos, considerando un tiempo de

retorno (Tr), es conocido como riesgo o falla R y se representa por:

n

rTR )

11(1 (Ecuación 1.1)

El presente informe se basa en las recomendaciones expuestas en la Guía

Metodológica, en la cual se define tiempos de retorno de 10, 25 y 50 años para

obras de defensa de zonas agrícolas y poblacionales.

1.1.- REGIMEN HIDRAULICO

1.1.1.- Régimen permanente unidimensional

Se puede simplificar el flujo del agua en un cauce natural como

unidimensional, es decir, la profundidad y velocidad sólo varían en la

dirección longitudinal del canal, cuyo eje se supone aproximadamente

una línea recta, la velocidad es constante en cualquier punto de una

sección transversal.

Si mantenemos la hipótesis metodológica de un flujo permanente, es

decir que el caudal no varía con el tiempo, pero con una variación

paulatina de la velocidad en el espacio, y por tanto del tirante, al no

modificarse el caudal, el régimen recibe el nombre de gradualmente

variado, y en él se produce una distribución hidrostática de las

presiones. Los perfiles pueden analizarse considerando régimen

supercrítico y subcrítico. Para la estimación de velocidades y calados se

suele aplicar el denominado método de paso estándar (Standard Step

Method), que resuelve la ecuación dinámica del flujo gradualmente


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variado igualando la energía en dos secciones consecutivas mediante un

procedimiento cíclico de aproximaciones sucesivas. Para ellos se

empleó el modelo computacional HEC-RAS (River Analysis System;

USACE),

El modelo HEC-RAS realiza los cálculos de niveles de agua utilizando

la ecuación de la energía (Ecuación 3.2):

Hg

VPZ

g

VPZ

22

22

22

2

21

11

1

(Ecuación 1.2)

Figura 1.1. Representación del balance de energía.

Donde:

Zn + Pn / (m)Nivel de la superficie libre de agua en los extremos

del tramo.

Vn (m)Velocidad media en la sección mojada en los extremos

del tramo.

1, 2,Coeficiente de la no-uniformidad de distribución de

las velocidades en la sección mojada.

g = 9.81 m3/s Aceleración por gravedad

H (m)Total de pérdidas de energía en el tramo del curso de

agua considerado en el cálculo, de una longitud L.


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2.0 SIMULACION DEL ESCENARIO DE INUNDACIÒN

2.1. MODELO MATEMATICO DE SIMULACIÓN EMPLEADO

Para la aplicación del modelo matemático se ha empleado el Sistema de Análisis

de Ríos del Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos HEC –

RAS versión 4.1.0 y su aplicación en entorno GIS denominado HEC – GeoRAS

4.1.0

Este software realiza cálculos hidráulicos de cursos naturales o artificiales en

una dirección (unidimensional) y cuenta además con los procedimientos de

cálculo para simular los efectos hidráulicos debido a estructuras hidráulicas.

Puede manejar una red completa de canales, una localización singular en un río

y es capaz de modelar perfiles en régimen subcrítico, supercrítico o mixto.

2.2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

La metodología empleada para la elección del n de Manning y definición del

cauce principal consistió en la asignación de valores mediante tablas para cauce

de ríos con acarreo irregular.

Se consideró un n = 0.030, para ambas márgenes y 0.35 en el centro.

Cabe mencionar que en cursos naturales, los valores de “n” no son constantes

debido a la complejidad del cauce. Sin embargo, generalmente se evalúa la

formula de Manning bajo condiciones de n = constante para tramos cortos.

2.3. CONDICIONES DE BORDE

El tramo en análisis se analiza bajo régimen permanente y mixto

(subcritico y supercrítico). Como condiciones de contorno se ha utilizado el

criterio de tirante normal con una pendiente de 0.015

2.4. CAUDALES

El presente estudio considera el análisis del flujo en régimen permanente es

decir, el caudal no varía con el tiempo. Los efectos de laminación de avenidas no


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es representativo en el modelo debido al tramo de longitud menor considerado

(2.2 km aproximadamente). Se considera el caudal pico en cada avenida

3. RESULTADOS

3.1. SIMULACIÓN UNIDIMENSIONAL

Los resultados de las simulaciones realizadas, consistente en la descripción de

valores máximos obtenidos para el tirante y velocidad de diseño, corresponde a

la avenida de 50 años de tiempo de retorno (Q = 244 m3/s). Esto se puede

apreciar en los planos 02 y 03.

Las secciones del río, se han obtenido por medio de la importación del

archivo de salida del Hec-GeoRas con estaciones de control hacia aguas arriba

para cada tramo:

Tramo 0+000.00 hasta 1+000.00

- Es necesario distinguir el dique enrocado en el tramo final del sector en

análisis. Este dique se considera con sus dimensiones originales, los cuales

ante la avenida extraordinaria presentará rebose, afectando los terrenos

próximos.

Fig. 3.1. GEOMETRÌA HEC – RAS Y MODELO DE ELEVACION

DIGITAL DEL TERRENO (msnm)

41 secciones transversales


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3.2. DELIMITACION DE ZONAS DE INUNDACIÓN

Las zonas inundables por la circulación del caudal correspondiente a las

crecidas de periodo de retorno de 10, 25 y 50 años se muestran en anexo.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES.Con respecto a la hidrología:

- De acuerdo a la recopilación de información hidrológica, para el diseño

de las estructuras de protección de zona agrícola y poblacional tal como

el sector Cerro Blanco, un evento máximo quedaría definido con una

avenida de 50 años de tiempo de retorno. Otras avenidas de 10 y 25 años

analizadas, representan información importante para la determinación de

las obras menores y toma de decisión del proyecto.

- La simulación corresponde a un evento máximo, donde la cabecera de

cuenca logre activarse, generando los caudales pico descritos

anteriormente

Con respecto al análisis hidráulico:

- De acuerdo a las velocidades generadas en los cálculos. Para un caudal

de tiempo de retorno de 50 años se tienen valores que llegan a alcanzar

los 3.21 m/s, en algunos sectores, debido a que se trata de un río

entrelazado y al término del sector en análisis. Los tirantes llegan a 0.94

m.

- El parámetro de la velocidad deberá servir para determinar la protección

de la capa superficial por medio de recubrimientos con materiales

resistentes a dichas velocidades y de control de erosión.

- De acuerdo al número de Froude para una avenida de 50 años de tiempo

de retorno en el tramo, éste alcanza valores cercanos a 1.8. Esto nos

indica que los cauces presentan una superficie de agua con medianas

ondulaciones, es decir un flujo supercrítico.


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- La hidráulica computacional actualmente representa una herramienta

versátil en la predicción del comportamiento del río. A la fecha, aun no

se puede afirmar que un modelo computacional incluye todas las

características de un río, podemos citar el transporte de sedimento con

fenómenos de laminación de avenidas y comportamiento tridimensional

que estan a nivel de investigación y por lo tanto no se incluyen en

modelos como el HEC-RAS. Sin embargo es la mejor aproximación para

proyectos de defensa ribereña.

Con respecto a la topografía y cartografía:

- La topografía recopilada y accesible en el sector, corresponde al rio y

algunas áreas de riberas del río, estas últimas, definidas mediante tramos

de trocha carrozable de acceso al río, no obstante por ser limitación al

momento de representar el alcance y extensión de una inundación, la

información se complementó con el levantamiento topográfico

correspondiente.

- Se tuvo como referencia algunas vistas satelitales y se comparo el

catastro SIG en dicha zona. Definiendo una sola margen (derecha),

debido a la presencia del cerro aledaño.

Con respecto a los resultados:

- Con los tirantes obtenidos, la información topográfica y su complemento,

se ha logrado realizar una aproximación del área inundable. Así, se

tendría para un evento de avenida de 50 años de tiempo de retorno (Q =

244 m3/s) un total de 55.92 Has inundadas. Este valor indica la

inundación directa, que podría ocurrir, por no contar con una protección

en dicha zona.

- Para los eventos de 25 y 10 años se obtienen valores menores de área

inundable: 31.26 Has y 25.84 Has respectivamente.


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4.2. RECOMENDACIONES

Se tuvo limitaciones en cuanto a la información topográfica, el cual consistió en

curvas a nivel de 1m en el canal central y algunas áreas de las riberas de río.

Seria ideal la obtención de dichas curvas a lo ancho del valle en el sector

analizado o su equivalente a un ancho considerable y así representar el

fenómeno de inundación en su totalidad. Esto queda a criterio de los

formuladores del proyecto, un levantamiento topográfico al detalle es más

complejo e inaccesible si se abarcan predios que no fueron previamente

informados acerca del proyecto.

Establecer los planes y programas de gestión de eventos extremos a nivel de

Cuenca Hidrográfica, esto incluye la participación conjunta de usuarios de la

parte alta, media y baja. Tal como se presenta el escenario actual, el problema de

sedimentación en el cauce puede disminuir drásticamente a mediano plazo si se

realiza un plan de manejo del recurso forestal y pastizal en la cuenca alta. En la

cuenca media, la cual forma parte de este estudio, se requiere de planes de

ordenación territorial con criterios de sostenibilidad para el beneficio económico

del sector.

5. ANEXOS

- RESULTADOS DEL MODELO

- PLANOS

SECCIONES TRANSVERSALESAGUAS ARRIBA HACIA AGUAS ABAJO

(WS PF3 = Nivel de agua para 244 m3/s, WS PF2 = Nivel de agua para 173 m3/s, WS PF1= Nivel de agua para 101 m3/s)

DELIMITACION DE LAS ZONAS INUNDABLES PARA EL PROYECTO “MEJORAMIENTO DE DEFENSA RIBEREÑA CON ENROCADA EN EL RIO NEPEÑA, SECTOR CERRO BLANCO,DISTRITO DE NEPEÑA, SANTA, ANCASH”

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Engineering

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